Samochody napędzane wodorem są obok „elektryków” przyszłością motoryzacji. Jak działa tego typu konstrukcja?
Ogniwa paliwowe wytwarzają prąd elektryczny jako bezpośredni efekt reakcji paliwa z tlenem z powietrza, bez tłoków, cylindrów i innych elementów ruchowych. Najwydajniejszym paliwem dla ogniw jest czysty wodór. Podobne rozwiązanie stosuje się w silnikach rakietowych, w których następuje spalanie tego pierwiastka w temperaturze blisko 3 000 st. C. Różnica polega na tym, że w ogniwie paliwowym utlenianie zachodzi na zimno, dzięki obecności katalizatora.
* ILE WART JEST TWÓJ SAMOCHÓD? MOŻESZ SIĘ ŁATWO PRZEKONAĆ *
Wydawać by się mogło, że taki napęd jeszcze na długo pozostanie domeną pojazdów studyjnych. Tymczasem na rynku jest już dostępny seryjny samochód osobowy zasilany ogniwami paliwowymi – Toyota Mirai (jap. „przyszłość”). Powstał on jako rozwinięcie zaprezentowanego w 2013 r. koncepcyjnego modelu FCV. Choć zewnętrznie oba auta są podobne, to Mirai posiada wiele udoskonaleń, które poprawiły osiągi. W konstrukcji zespołu napędowego wykorzystano szereg produkowanych wielkoseryjnie elementów pochodzących z hybrydowego napędu Toyota Hybrid Synergy Drive, co korzystnie wpłynęło na niezawodność oraz obniżenie kosztów produkcji.
Mirai jest 4-drzwiowym sedanem o wielkości porównywalnej z Toyotą Camry. Napęd przenoszony na przednią oś zapewnia silnik elektryczny o mocy 154 KM, zapewniający moment obrotowy 335 Nm. Z jednostek Hybrid Synergy Drive wzięto również sterujący silnikiem elektroniczny układ PCU. Przy niewielkim zapotrzebowaniu na moc prąd jest dostarczany z akumulatora niklowo-metalowo-wodorkowego o pojemności 1,6 kWh. Magazynuje on też energię odzyskiwaną podczas hamowania rekuperacyjnego. Przy większych prędkościach energię elektryczną wytwarza zestaw ogniw paliwowych.
(fot. WP) Użyty w Mirai zestaw ogniw paliwowych z elektrolitem polimerowym to zupełnie nowa konstrukcja. Inżynierom Toyoty udało się osiągnąć rekordową gęstość mocy wynoszącą 3,1 kW/dm sześc. Dla poprawy wydajności systemu między zestawem ogniw paliwowych a sterownikiem mocy zainstalowano elektroniczny przekształtnik, którego zadaniem jest podwyższanie napięcia do 650 V. Jego użycie umożliwiło zmniejszenie liczby ogniw paliwowych i ograniczenie masy całego systemu. W chwilach największego zapotrzebowania na moc, czyli podczas gwałtownego przyspieszania, ogniwa paliwowe wspomagane są przez akumulator. Zestaw ogniw paliwowych waży 56 kg i ma objętość 37 dm sześc., dzięki czemu udało się go umieścić pod podłogą pojazdu, tak by nie ograniczał przestrzeni użytkowej nadwozia.
(fot. zdjęcie producenta) Konsekwencją zastosowania wodorowego paliwa jest absolutna czystość gazów wydechowych – to po prostu para wodna. Wodór może być przy tym paliwem całkowicie odnawialnym – sceptycy powiedzą, że do jego uzyskania np. poprzez elektrolizę wody potrzebny jest prąd wytwarzany przez elektrownie, ale może on pochodzić z elektrowni wodnych, wiatrowych bądź słonecznych. Wodór można produkować także kilkoma innymi metodami, co rozwiązuje problem dywersyfikacji źródeł energii. Inne ekologiczne aspekty Mirai to mniejsze obciążenie środowiska przez czynności eksploatacyjne – nie trzeba zmieniać oleju silnikowego i pasków klinowych a hamowanie rekuperacyjne zmniejsza zużycie okładzin hamulcowych. Inną zaletą jest doskonała cisza, jaką zapewnia napęd elektryczny i bezgłośna praca ogniw paliwowych.
Elektryczny napęd może rozpędzić Mirai do prędkości maksymalnej 178 km/h, a zawarty w zbiornikach wodór umożliwia przejechanie na jednym tankowaniu 480 km (przy tankowaniu na stacjach nowej generacji nawet 700 km). Uzupełnienie paliwa trwa trzy minuty. Samochód ten można już kupić w Japonii, zaś lada moment trafi na rynek amerykański. Rozpoczęcie sprzedaży w Europie ma nastąpić we wrześniu, początkowo w Wielkiej Brytanii, Danii i Niemczech (przewidywana cena netto na rynku niemieckim to ok. 60 000 euro), a później również w innych krajach, w miarę rozwoju infrastruktury tankowania wodoru.
Źródło: Toyota
ll/moto.wp.pl